通用圓盤(pán)式靜電紡絲數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)擬合1.pdf

1、靜電紡絲法是利用電場(chǎng)力來(lái)制備高聚物的納米纖維的新型紡絲法。具體來(lái)講，通過(guò)給聚合物溶液施加一定的高壓靜電，在噴頭和收集裝置中間產(chǎn)生一個(gè)高壓的電場(chǎng)。當(dāng)電場(chǎng)力足夠大時(shí)，紡絲液克服表面張力產(chǎn)生射流，溶液在射流運(yùn)動(dòng)中蒸發(fā)并固化最終形成納米纖維。這種單針頭靜電紡絲法由于產(chǎn)量太低，很難滿足產(chǎn)業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)的需要。因此，本文設(shè)計(jì)了一種通用圓盤(pán)式靜電紡絲噴頭，其特點(diǎn)在于利用紡絲液在噴頭上形成的自由液面的弧面處電場(chǎng)強(qiáng)度最大的特點(diǎn)，在噴頭各處同時(shí)可以產(chǎn)生多

2、股射流，靜電紡絲的效率也就因此提高了。
　　靜電紡絲所采用的高聚物溶液屬于不可壓縮粘性流體，射流運(yùn)動(dòng)更是十分復(fù)雜，因此要分析無(wú)針頭靜電紡絲射流的運(yùn)動(dòng)，涉及許多流體力學(xué)和電磁學(xué)的相關(guān)知識(shí)。本文首先建立自由液面靜電紡絲的微波力學(xué)模型，從流體力學(xué)中的N-S方程出發(fā)，結(jié)合電磁學(xué)相關(guān)理論知識(shí)分析了射流產(chǎn)生的機(jī)理，分析得出了波動(dòng)波長(zhǎng)與表面張力和所加電場(chǎng)的關(guān)系。同時(shí)分別對(duì)射流穩(wěn)定段和不穩(wěn)定段分別進(jìn)行了受力分析，得到射流半徑與相關(guān)距離的關(guān)系。

3、r>　　本文提出了通用圓盤(pán)式靜電紡絲噴頭的設(shè)計(jì)，靜電紡絲噴頭和射流區(qū)域的電場(chǎng)分布是影響射流形成和運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。這里采用電磁學(xué)數(shù)值模擬軟件Anso ft Max wel l12分析噴頭和射流區(qū)域的電場(chǎng)分布，進(jìn)而分析電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)射流形成的影響，研究表明每一層噴頭上的聚合物溶液的弧面邊緣處電場(chǎng)最強(qiáng)，并通過(guò)模擬不同的噴頭層數(shù)和層高的噴頭的電場(chǎng)分布，對(duì)比分析影響靜電紡絲纖維的各項(xiàng)參數(shù)。
　　由于靜電紡絲射流運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，未知參數(shù)過(guò)多，實(shí)驗(yàn)難度較大，

4、因此先采用Flue nt2.3.26軟件模擬出靜電紡絲射流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，這樣可以簡(jiǎn)明直觀地得到牽伸力和纖維品質(zhì)之間的關(guān)系。本文建立通用圓盤(pán)式靜電紡絲噴頭上自由液面靜電紡絲射流的物理模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明隨著牽伸力的減小，射流數(shù)量更多，更易發(fā)生彎曲，拉伸更充分，形成的纖維也更好。
　　最后通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的靜電紡絲實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證第二章理論和第四章模擬得到的相關(guān)結(jié)論。采用PAN水溶液加在設(shè)計(jì)的通用圓盤(pán)式靜電紡絲噴頭上，在靜電紡絲機(jī)上